DE19825357C2

DE19825357C2 - Method for half-duplex transmission of a sum frame protocol

Info

Publication number: DE19825357C2
Application number: DE19825357A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Behr; Matthias Wenzel
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 1998-06-06
Filing date: 1998-06-06
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2018-06-07
Also published as: EP0963078A2; DE59910249D1; EP0963078B1; EP0963078A3; DE19825357A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Datenaustausch zwischen Master- und Slave-Teilnehmern über ein Bussystem, wobei das Bussystem an Knoten verzweigt und die Teilnehmer nach dem E-/A-orientierten Zugriffsverfahren auf ein Daten telegramm zugreifen.The invention relates to a method for data exchange between master and slave participants via a bus system, the bus system branches to nodes and the participants according to the I / O-oriented access procedure to a data access telegram.

Serielle Bussysteme werden im Allgemeinen nach ihren Zu griffsverfahren unterschieden und in die Klasse der nach richtenorientierten und in die Klasse der E-/A-orientierten Zugriffsverfahren unterteilt.Serial bus systems are generally based on their requirements differentiated and in the class of the judge-oriented and in the class of I / O-oriented Access procedure divided.

Beim nachrichtenorientierten Zugriffsverfahren werden von einem Teilnehmer ein oder mehrere andere Teilnehmer ange sprochen. Die Auswahl des angesprochenen Teilnehmers er folgt über eine Zieladresse, die vom sendenden Teilnehmer generiert und vom empfangenden Teilnehmer ausgewertet wird.In the message-oriented access procedure from one or more other participants are assigned to one participant spoke. The selection of the addressed participant follows via a destination address from the sending participant generated and evaluated by the receiving participant.

Liegt eine übereinstimmende Adressierung vor, so werden die Nachrichtendaten vom Teilnehmer ausgewertet. Die Kommunika tion erfolgt überwiegend über ein halbduplexes Verbindungs system mit beliebiger Topologie. Mögliche Topologien sind unter anderem Sterne, Ringe, Linien und Bäume. Ein solches Verfahren zum selektiven Aufrufen von Teilnehmern eines Bussystems ergibt sich aus der DE-44 33 116 A1. Das selektive Aufrufen der Busteilnehmer erfordert, im Master- Teilnehmer Informationen über die Struktur und über den Zu stand einzelner Stationen und Teilnehmer vorhanden sein muß, um einen gezielten Zugriff auf einzelne Teilnehmer zu ermöglichen.If the addressing is the same, the Message data evaluated by the participant. The communica tion takes place predominantly via a half-duplex connection system with any topology. Possible topologies are including stars, rings, lines and trees. Such one Procedure for the selective calling of participants of a Bus system results from DE-44 33 116 A1. The selective Calling the bus participants requires in the master Participants information about the structure and about the To stand of individual stations and participants needs to have targeted access to individual participants enable.

Eine weitere Unterteilung der nachrichtenorientierten Zu griffsverfahren erfolgt durch die Unterscheidung von kon trollierten und unkontrollierten Buszugriffen.Another subdivision of the message-oriented Zu handle procedure is carried out by distinguishing between con controlled and uncontrolled bus access.

Bei kontrollierten Buszugriffen erfolgt die Synchronisation zwischen den Teilnehmern entweder zentral durch einen Ma ster oder durch Token-Passing dezentral.The synchronization takes place with controlled bus access between the participants either centrally by a Ma or decentrally through token passing.

In Bussystemen mit unkontrolliertem Zugriff auf das Über tragungsmedium kommt es zwangsweise zu Kollisionen der Nachrichtendaten eines jeden Teilnehmers. Folglich müssen die Teilnehmer kollisionserkennende Mechanismen aufweisen, um den Übertragungsvorgang ggf. erneut zu starten.In bus systems with uncontrolled access to the via medium, collisions of the Message data of each participant. Hence must the participants have collision detection mechanisms, to start the transfer process again if necessary.

Bekannte nachrichtenorientierte Bussysteme sind der Profi bus, der DIN-Meßbus, CAN und das Ethernet, die auf das ISO- OSI-Schichtenmodell abgebildet werden können. Die Vorteile des nachrichtenorientierten Bussystems liegen in der schnellen Übertragung der Daten und dem geringen Bedarf an Kanalkapazität. Prinzipiell ist ein Übertragungskanal aus reichend. Nachteilig ist jedoch einerseits die Richtungs steuerung der Nachrichtendaten und andererseits der Over head an Adressierungsdaten im Vergleich zu Nachrichtenda ten.Known message-oriented bus systems are the professional bus, the DIN measurement bus, CAN and the Ethernet, which are based on the ISO OSI layer model can be mapped. The advantages of the message-oriented bus system are in the fast data transfer and low demand Channel capacity. In principle, a transmission channel is off reaching. However, the direction is disadvantageous control of the message data and on the other hand the over head on addressing data compared to message data th.

Bei E-/A-orientierten Zugriffsverfahren - auch Summenrah mentelegramm genannt - wird ein gemeinsames Telegramm durch alle Teilnehmer geschoben, vgl. DE-42 13 792 A1. Systembe dingt ergibt sich eine logische und physikalische Ring struktur. Die Teilnehmer entnehmen die Nachricht aus dem Telegramm bzw. schreiben die Antwort in das Telegramm ohne Adressierung, entsprechend ihrer logische/physikalischen Position im Ring, zurück.With I / O-oriented access methods - also sum sum ment telegram - is a common telegram through all participants pushed, cf. DE-42 13 792 A1. Systembe This results in a logical and physical ring structure. The participants take the message from the Telegram or write the answer in the telegram without Addressing according to your logical / physical Position in the ring, back.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das einerseits die Vorteile des Summenrahmens (quasigleichzeitige Übertragung, Effizienz des Rahmens) und des nachrichtenorientierten Übertragungsverfahrens (nur ein Übertragungskanal zur Halbduplex-Übertragung) kombiniert.The object of the present invention is to provide a method create that the one hand the advantages of the sum frame (quasi-simultaneous transmission, efficiency of the frame) and the message-oriented transmission process (only one Transmission channel for half-duplex transmission) combined.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem in einer ersten Sendephase der Master-Teilnehmer das Datente legramm in Zweigtelegramme zerlegt. Die Zweigtelegramme werden daraufhin nacheinander an die durch die Schaltungs zustände der Knoten bestimmten Slave-Teilnehmer eines Zwei ges gesandt. Dabei umfaßt das Zweigtelegramm zusätzliche Knotendaten, durch die der Schaltungszustand der Knoten be stimmt wird. Hierdurch ist es möglich den Zweig mit seinen entsprechenden Slave-Teilnehmern zu bestimmen, an den das nachfolgende Zweigtelegramm gesendet werden soll.This task is solved by a procedure in which a first transmission phase of the master participants the data legram broken down into branch telegrams. The branch telegrams are then successively connected to those by the circuit states of the nodes certain slave participants of a two sent. The branch telegram includes additional ones Node data by which the circuit state of the nodes be is true. This makes it possible to use the branch with its to determine the corresponding slave participants to whom the subsequent branch telegram should be sent.

In komplexen Netzstrukturen bedarf es der Synchronisation des Datenflusses, damit es nicht zu Kollisionen und Daten verlusten kommt. Hierzu schließen die Knoten diejenigen Slave-Teilnehmer durch die Übertragung von Synchronisati onsdaten vom Datenaustausch aus, für die das folgende Zweigtelegramm nicht bestimmt ist. Die Slave-Teilnehmer be finden sich hierbei vorzugsweise in einem Zweig.Synchronization is required in complex network structures of data flow so it doesn't cause collisions and data loss comes. To do this, the nodes close those Slave participants through the transmission of Synchronisati ons data from data exchange, for which the following Branch telegram is not determined. The slave participants be are preferably found in one branch.

Nach dem Abschluß der Sendephase werden in einer zweiten Empfangsphase von den nicht ausgeschlossenen Slave- Teilnehmern in chronologisch umgekehrter Reihenfolge Ant wort-Zweigtelegramme an den Master-Teilnehmer zurückge sandt, der diese wiederum zusammensetzt. Hierbei agieren die Slave-Teilnehmer aufgrund der Schaltung der Knoten zwangsweise in umgekehrter Reihenfolge. Nach Beendigung des Sendens der Slave-Teilnehmer eines Zweigen schalten die Knoten sukzessive die Zweige frei, deren Slave-Teilnehmer durch die Synchronisation bisher ausgeschlossen waren. Das Freischalten erfolgt vorzugsweise aufgrund von Knotendaten, die durch das Antwort-Zweigtelegramm gesendet wurden.After the completion of the broadcast phase, a second Receive phase from the slave not excluded Participants in chronological reverse order Ant word branch telegrams returned to the master subscriber sent, which in turn put it together. Act here the slave participants due to the switching of the nodes necessarily in reverse order. After completing the Sending the slave participants of a branch switch the Knots successively free the branches, their slave participants were previously excluded by the synchronization. The Activation is preferably based on node data, that were sent by the response branch telegram.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteran sprüchen beschrieben. Es folgt eine detaillierte Beschrei bung anhand der Zeichnungen. Es zeigt:Further advantageous embodiments are in the Unteran sayings described. A detailed description follows Exercise based on the drawings. It shows:

Fig. 1 ein komplexes Bussystem mit einem Master-Teil nehmer und mehreren Slave-Teilnehmern, die über Knoten miteinander verbunden sind; Figure 1 shows a complex bus system with a master participant and several slave participants, which are interconnected via nodes.

Fig. 1a ein Datentelegramm, das durch den Master-Teil nehmer entsprechend der Struktur des Bussystems in Fig. 1 in Zweigtelegramme zerlegt wurde; FIG. 1a is a data message that has been decomposed by the master-slave part corresponding to the structure of the bus system in Fig 1 in branch telegrams.

Fig. 2 zeigt einen bidirektionalen Teilnehmer mit zwei Schieberegistern für jede Richtung, die durch einen Leitungscode bzw. durch Protokolldaten durch einen Schalter angesteuert werden; Fig. 2 shows a bidirectional subscribers with two shift registers for each direction, which are driven by a line code or through log data by a switch;

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Synchronisation durch einen Leitungscode mit Synchronisations-, Sende- und Empfangsphase. Fig. 3 shows an example of the synchronization by a line code with synchronization, transmission and reception phase.

Fig. 1 zeigt ein Bussystem 10 bestehend aus einer Vielzahl von Teilnehmern 11 und 12 sowie Knoten 13. Die Teilnehmer 11 und 12 sind Einheiten zur Datenein- und -ausgabe mit zwei Leitungsverbindungen. Der Knoten 13 ist jeweils eine Einheit mit mehr als zwei Leitungsverbindungen, der ein Schaltmittel für alle Leitungsverbindungen aufweist. Das Bussystem 10 verzweigt an den Knoten 13, wodurch im vorlie genden Fall eine baumförmige Struktur entsteht. Aus den Verzweigungen resultieren eine Reihe von Zweigen 14. So bilden in Fig. 1 z. B. die Teilnehmern T5 und T6 einen Zweig. Fig. 1 shows a bus system 10 comprising a plurality of subscribers 11 and 12 and node 13. Participants 11 and 12 are units for data input and output with two line connections. The node 13 is in each case a unit with more than two line connections, which has a switching means for all line connections. The bus system 10 branches to the node 13 , which results in a tree-shaped structure in the vorlie case. A series of branches 14 result from the branches. So in Fig. 1 z. B. the participants T5 and T6 a branch.

Neben der einfachen Verzweigung an den Knoten 13 ist auch eine mehrfache Verzweigung denkbar. In einer weiteren Aus führungsform können die Knoten 13 ebenfalls die Funktiona lität von Teilnehmern 11 und/oder 12 aufweisen.In addition to the simple branching at node 13 , multiple branching is also conceivable. In a further embodiment, the nodes 13 can also have the functionality of subscribers 11 and / or 12 .

Die Teilnehmer sind unterteilt in einen Master-Teilnehmer 12 und mehrere Slave-Teilnehmer 11. Der Master-Teilnehmer 12 ist vorzugsweise an der Wurzel eines baumförmigen Bussy stems 10 angeordnet. Weitere zentrale Anordnungspositionen sind ebenfalls denkbar.The participants are divided into a master participant 12 and several slave participants 11 . The master participant 12 is preferably arranged at the root of a tree-shaped Bussy stems 10 . Further central arrangement positions are also conceivable.

Der Master-Teilnehmer 12 zerlegt ein Datentelegramm 15, wie es in Fig. 1a dargestellt ist, in eine Reihe von Zweigte legrammen 16, die den Zweigen 14 im Bussystem 10 entspre chen. Die Zweigtelegramme 16 werden vom Master-Teilnehmer 12 nacheinander in das Bussystem 10 übertragen. The master subscriber 12 breaks down a data telegram 15 , as shown in FIG. 1a, into a series of branches 16 , which correspond to the branches 14 in the bus system 10 . The branch telegrams 16 are transmitted in succession from the master subscriber 12 into the bus system 10 .

Bezogen auf das vorliegende Beispiel, wird in einer ersten Sendephase 21 (Fig. 3) als erstes das Zweigtelegramm für die Slave-Teilnehmer T5 und T6 in das Bussystem 10 ge speist. Dabei wird davon ausgegangen, daß der Knoten 13 mit dem Index K2 in seinem Ausgangszustand den graden Weg schaltet. In Abweichung zu bekannten Datentelegrammen weist das erfindungsgemäße Datentelegramm 16 zusätzliche Knoten daten auf, durch die die Schaltung der Knoten 13 gesteuert wird. Nach der Übertragung wird der Knoten K2 durch die entsprechenden Knotendaten im ersten Zweigtelegramm 16 um geschaltet, womit die Übertragung von Synchronisationsdaten 20 an die Slave-Teilnehmer T5 und T6 verbunden ist.Based on the present example, in a first transmission phase 21 ( FIG. 3) the branch telegram for the slave subscribers T5 and T6 is first fed into the bus system 10 . It is assumed that the node 13 with the index K2 switches the straight path in its initial state. In a departure from known data telegrams, the data telegram 16 according to the invention has additional node data by means of which the switching of the nodes 13 is controlled. After the transmission, the node K2 is switched by the corresponding node data in the first branch telegram 16 , which is associated with the transmission of synchronization data 20 to the slave users T5 and T6.

Die Synchronisationsdaten 20 sind entweder ein logischer Leitungscode wie NULL und EINS, oder Protokolldaten. Fig. 3 zeigt ein Beispiel für einen Leitungscode. Hierbei steht logisch 0 < Zeitraum 23 für die Empfangsphase 22, logisch 1 für die Synchronisationphase 20 und der Wechsel von 0 auf 1 (Daten 0) bzw. 1 auf 0 (Daten 1) bzw. 0 logisch 0 < Zeit raum 23 (Pause) für die Sendephase 21.The synchronization data 20 is either a logical line code such as ZERO and ONE, or protocol data. Fig. 3 shows an example of a line code. Logical 0 <time period 23 stands for the reception phase 22 , logic 1 for the synchronization phase 20 and the change from 0 to 1 (data 0) or 1 to 0 (data 1) or 0 logic 0 <time period 23 (pause) for the broadcast phase 21 .

Zurückkommend auf das vorliegende Beispiel wird nach dem Übertragen des ersten Zweigtelegramms als nächstes das Zweigtelegramm K1, T4 in das System übertragen. Nach dem Empfang durch T4 wird der Knoten K1 umgeschaltet, um das letzte Zweigtelegramm T3, T2, T1 zu senden.Coming back to the present example, after the Next transmit the first branch telegram Transfer branch telegram K1, T4 into the system. After this Received by T4, the node K1 is switched over to the to send the last branch telegram T3, T2, T1.

Nach Abschluß der Sendephase 21 tritt das Bussystem 10 in die Empfangsphase 22 ein. Hierbei senden die Slave- Teilnehmer 11 in chronologisch umgekehrter Reihenfolge Ant wort-Zweigtelegramme. Für das vorliegende Beispiel bedeutet dies, daß zuerst die Slave-Teilnehmer T1, T2, T3 senden, danach T4 und als letztes die Slave-Teilnehmer T5, T6. Der Master-Teilnehmer setzt diese Antworten wieder zu einem vollständigen Datentelegramm 15 zusammen. Damit die durch die Synchronisationsdaten ausgeschlossenen Slave-Teilnehmer wieder am Datenaustausch teilnehmen können, beinhalten die Antwort-Zweigtelegramm Knotendaten, die als Leitungscode oder Protokolldaten ausgeführt sind und welche die bloc kierten Teilnehmer der einzelnen Zweige wieder freischal ten. Hierdurch befinden sich die Knoten 13 immer in einem definierten und deterministischen Schaltungszustand.After the transmission phase 21 has ended , the bus system 10 enters the reception phase 22 . In this case, the slave subscribers 11 send answer branch telegrams in chronologically reverse order. For the present example, this means that first the slave participants T1, T2, T3 transmit, then T4 and finally the slave participants T5, T6. The master subscriber assembles these answers again to form a complete data telegram 15 . So that the slave subscribers excluded by the synchronization data can participate in the data exchange again, the response branch telegram contains node data which are executed as line code or protocol data and which the blocked participants of the individual branches activate again. As a result, the nodes 13 are always in a defined and deterministic circuit state.

Die Knoten 13 und Teilnehmer 11 und 12 sind als bidirektio nales Schieberegister ausgebildet, wodurch eine Halbduplex- Übertragung möglich wird. D. h. die Übertragung einer Infor mation zum Eingang eines Teilnehmers führt automatisch zu einer Informationsübertragung vom Ausgang des Teilnehmers weg.The nodes 13 and subscribers 11 and 12 are designed as bidirectional shift registers, which enables half-duplex transmission. I.e. the transmission of information to the entry of a participant automatically leads to an information transfer from the exit of the participant.

In Fig. 2 ist der mögliche Aufbau eines Teilnehmers 11 und 12 bzw. eines Knotens 13, der die Funktion eines Teilneh mers vereint, dargestellt. Diese bestehen aus zwei Regi stern 17 und 18 für die jeweilige Datenrichtung, die durch einen Schalter 19 in Abhängigkeit von den Synchronisations daten 20 geschaltet werden. In Fig. 2, the possible structure of a participant 11 and 12 or a node 13 , which combines the function of a participant, is shown. These consist of two regi star 17 and 18 for the respective data direction, which are switched by a switch 19 depending on the synchronization data 20 .

reference numeral

1010

Bussystem
bus system

1111

Slave-Teilnehmer
Slave station

1212

Master-Teilnehmer
Master subscriber

1313

Knoten
node

1414

Zweig
branch

1515

Datentelegramm
Data telegram

1616

Zweigtelegramm
Branch Telegram

1717

Register
register

1818

Register
register

1919

Schalter
switch

2020

Synchronisationsphase
synchronization phase

2121

Sendephase
transmission phase

2222

Empfangsphase
reception phase

2323

Zeitraum
Period

Claims

1. Method for data exchange between master and slave participants via a bus system, the bus system branching to nodes and the participants accessing a data telegram according to the I / O-oriented access method,
in which the data telegram is broken down into branch telegrams in a first transmission phase of the master subscriber, in order to send the branch telegrams to the slave subscribers determined by the circuit status of the nodes in the corresponding branches one after the other, the branch telegrams having node data by which the circuit state was established the knot is determined
wherein the nodes exclude those slave users from the data exchange for which the branch telegram is not intended by the transmission of synchronization data, and
in which, in a second reception phase, the branch telegrams, which are not closed slave stations, send the branch telegrams in reverse order to the master subscriber who puts them back together,
the nodes after the end of the reception phase of the non-excluded slave participants of a branch successively unlock those branches by retransmission of synchronization data whose excluded slave participants have not sent a branch telegram.

2. The method according to claim 1, characterized, that the nodes are in a clear switching state are that the branch telegram is only one clear path through the branches of the bus system.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the send and receive phase from the master participant is initiated.

4. The method according to any one of claims 1-3, characterized, that the synchronization data logical line codes like Are ZERO and ONE.

5. The method according to any one of claims 1-3, characterized, that the synchronization data is protocol data.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized, that half-duplex transmission between the participants via a transmission channel.

7. The method according to claim 6, characterized, that the nodes and participants as bidirectional shooting registers are formed, through which the data on will wear.

8. The method according to any one of claims 1-7, characterized, that the topology of the bus system is tree-shaped.

9. The method according to any one of claims 1-8, characterized in that a node has the functionality of any participant 11 , 12 , 13 .

10. The method according to any one of claims 1-9, characterized, that a participant has at least two registers, the data for a different direction record, the registers by a switch in Dependency on synchronization data switched who the.